CN110867825A - 一种恒功率输出电源的过压保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种恒功率输出电源的过压保护电路，包括控制器电路、比较电路以及报警电路；控制器电路设置有用于接收恒功率输出电源的输出电流的第一输入端，用于根据恒功率输出电源的输出电流确定对应的电源过压保护阈值；比较电路的第一输入端用于接收恒功率输出电源的输出电压，比较电路的第二输入端用于连接控制器电路的输出端以接收电源过压保护阈值，比较电路的输出端控制连接报警电路用于在恒功率输出电源的输出电压大于电源过压保护阈值时进行报警。本发明可以使恒功率输出电源的电源过压保护阈值随着输出电流的调整而自动进行调整，有效避免了电源因为电压过大而损坏，提高了恒功率输出电源过压保护的灵活可靠性。

Description

一种恒功率输出电源的过压保护电路
技术领域
本发明涉及一种恒功率输出电源的过压保护电路，属于电力电子技术领域。
背景技术
近些年来，随着科学技术的发展，电力电子产品越来越多的进入千家万户，极大的方便了我们的生活。在人们生活水平提高的同时，也对电力电子产品提出了高频化、小型化、高功率密度、宽范围输出、恒功率的要求。对于一些需要恒功率输出电源进行供电的电子设备，当恒功率输出电源由于某些故障导致其输出电压过大时，进而会导致瞬时功率过大，这不仅会烧坏电源本身，同时也会对待供电的电子设备造成损坏，因此需要对恒功率输出电源进行过压保护。而现有恒功率输出电源的过压保护的电压阈值多为设定的恒定值，一旦电源的输出电压超过该电压阈值，则对电源进行保护，由于电压阈值不变，导致过压保护不够灵活可靠。
发明内容
本发明的目的是提供一种恒功率输出电源的过压保护电路，用于解决现有恒功率输出电源的过压保护不够灵活可靠的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种恒功率输出电源的过压保护电路，包括控制器电路、比较电路以及报警电路；所述控制器电路设置有用于接收恒功率输出电源的输出电流的第一输入端，用于根据恒功率输出电源的输出电流确定对应的电源过压保护阈值；所述比较电路的第一输入端用于接收恒功率输出电源的输出电压，所述比较电路的第二输入端用于连接所述控制器电路的输出端以接收电源过压保护阈值，所述比较电路的输出端控制连接所述报警电路用于在恒功率输出电源的输出电压大于电源过压保护阈值时进行报警。
本发明的有益效果是：控制器电路根据恒功率输出电源的输出电流确定对应的电源过压保护阈值，该电源过压保护阈值会随着恒功率输出电源输出电流的变化而变化，将该电源过压保护阈值与恒功率输出电源的输出电压进行比较，当实际输出电压大于电源过压保护阈值时，说明恒功率输出电源过压输出，此时报警电路工作，当报警电路报警时使恒功率输出电源停止输出。本发明通过检测恒功率输出电源的输出电流，使恒功率输出电源的电源过压保护阈值随着输出电流的调整而自动进行调整，可以实时检测出电源输出电压是否过大，从而及时对电源进行保护，有效避免了电源因为电压过大而损坏，提高了恒功率输出电源过压保护的灵活可靠性。
进一步的，为了将方波信号转换为稳定的直流电压信号，所述控制器电路的输出端输出的电源过压保护阈值为方波信号，所述控制器电路的输出端和比较电路的第二输入端之间还设置有第一滤波电路，用于对方波信号进行滤波以转换成稳定的直流电压信号。
进一步的，为了根据报警信号自动对电源进行过压保护，所述控制器电路的第二输入端采样连接所述报警电路，用于在报警电路报警时控制恒功率输出电源停止输出。
进一步的，为了根据比较电路的输出信号自动对电源进行过压保护，所述控制器电路的第二输入端采样连接所述比较电路的输出端，用于在恒功率输出电源的输出电压大于电源过压保护阈值时控制恒功率输出电源停止输出。
进一步的，为了实现对报警信号的电平转换，所述控制器电路的第二输入端通过电平转换电路采样连接所述报警电路，所述电平转换电路包括三极管，所述三极管的基极电路连接所述报警电路，所述控制器电路的第二输入端采样连接所述三极管的集电极电路。
进一步的，为了实现对比较电路输出信号的电平转换，所述控制器电路的第二输入端通过电平转换电路采样连接所述比较电路的输出端，所述电平转换电路包括三极管，所述三极管的基极电路连接所述比较电路的输出端，所述控制器电路的第二输入端采样连接所述三极管的集电极电路。
进一步的，为了获取稳定的电源输出电压，还包括电压跟随电路，所述比较电路的第一输入端通过所述电压跟随电路用于接收恒功率输出电源的输出电压。
进一步的，为了对电源的输出电流进行滤波并根据输出电流获取电源过压保护阈值，所述控制器电路包括单片机和第二滤波电路，所述单片机的一个输入端子通过所述第二滤波电路用于接收恒功率输出电源的输出电流，所述单片机的一个输出端子用于连接所述比较电路的第二输入端。
进一步的，为了实现对控制器电路输出的方波信号的可靠滤波以获取一个稳定的电压信号，所述第一滤波电路为有源滤波电路，所述有源滤波电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容和第一电压跟随器，所述第二电阻和第三电阻串联连接在所述控制器电路和第一电压跟随器之间，所述第一电阻、第一电容以及第二电容的一端均接地、另一端分别连接控制器电路、第二电阻和第三电阻之间以及第一电压跟随器的输入端，所述第一电压跟随器的输出端连接所述比较电路的第二输入端。
进一步的，为了实现可靠保护，所述报警电路中串设有发光二极管；所述电压跟随电路包括电阻分压支路和第二电压跟随器，所述电阻分压支路的输入端用于接收恒功率输出电源的输出电压、其分压输出端连接所述第二电压跟随器的输入端，所述第二电压跟随器的输出端连接所述比较电路的第一输入端。
附图说明
图1是本发明恒功率输出电源的过压保护电路的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
本实施例提供了一种恒功率输出电源的过压保护电路，包括控制器电路、电压跟随电路、有源滤波电路、比较电路、电平转换电路以及报警电路。其中，控制器电路设置有用于接收恒功率输出电源的输出电流的第一输入端，控制器电路的输出端连接有源滤波电路。比较电路的第一输入端通过电压跟随电路用于接收恒功率输出电源的输出电压，比较电路的第二输入端连接有源滤波电路的输出端，比较电路的输出端控制连接报警电路。控制器电路的第二输入端通过电平转换电路采样连接报警电路。
如图1所示，控制器电路包括单片机U3和第二滤波电路，该第二滤波电路为由电阻R12和电容C3组成的RC滤波电路。恒功率输出电源的输出电流采样信号经RC滤波电路后输入单片机U3的第1管脚。当然，作为其他的实施方式，该第二滤波电路也可以采用现有技术中的其他结构的滤波电路，例如LC滤波电路；单片机也可以替换为PLC等其他类型的控制器和可以输出占空比可调方波的输出装置。
有源滤波电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2和运算放大器U2A。其中，单片机的第15管脚经电阻R1接地，并经过电阻R2和电阻R3连接运算放大器U2A的第3管脚；电容C1的一端连接电阻R2和R3之间，另一端接地；电容C2的一端连接至运算放大器U2A的第3管脚，另一端接地。运算放大器U2A的第1管脚和第2管脚直接连接构成了电压跟随器。当然，作为其他的实施方式，该过压保护电路也可以不设置有源滤波电路，此时单片机根据恒功率输出电源的输出电流、电源的设定功率以及最大允许电压获得电源过压保护阈值，将该电源过压保护阈值直接输入到比较电路参与比较。
比较电路包括比较器U1B，比较器U1B的反相输入端即第6管脚通过电阻R4连接运算放大器U2A的输出端即第1管脚，比较器U1B的输出端即第7管脚通过电阻R11连接其同相输入端即第5管脚，比较器U1B的同相输入端第5管脚通过电阻R5连接电压跟随电路。当然，比较电路也可以采用现有技术中的其他结构，用于在恒功率输出电源的输出电压大于有源滤波电路输出的直流电压时，输出高电平。
电压跟随电路包括电阻分压支路和第二电压跟随器，电阻分压支路由电阻R7、R8、R9、R10和R15构成，第二电压跟随器由运算放大器U2B构成。其中R7、R8、R9、R10和R15依次串联，一端用于接收恒功率输出电源的输出电压，另一端接地，R10和R15的串联点构成了电阻分压支路的分压输出端，该分压输出端连接运算放大器U2B的同相输入端即第5管脚。运算放大器U2B的反相输入端即第6管脚与输出端即第7管脚直接连接后通过电阻R5连接比较器U1B的同相输入端第5管脚。当然，作为其他的实施方式，电压跟随电路也可以采样现有技术中的其他结构，以得到稳定的恒功率输出电源的输出电压。
报警电路中串设有发光二极管D1，该发光二极管D1的阳极通过电阻R6连接到+12V电源，发光二极管D1的阴极通过电阻R14连接电平转换电路，比较器U1B的输出端即第7管脚连接发光二极管D1的阳极。当然，该报警电路也可以采用现有技术中的其他报警结构，用于在比较电路输出高电平时进行报警。
电平转换电路包括三极管Q1，三极管Q1的基极通过电阻R14连接发光二极管D1的阴极。R16和C4并联后一端接地，另一端接三极管Q1的基极。三极管Q1的集电极连接单片机U3的第8管脚，并通过电阻R13连接至+3.3V电源。作为其他的实施方式，当报警电路的输出电压在单片机可接受的范围内时，该过压保护电路也可以不设置电平转换电路，此时采用单片机直接采样连接报警电路，在报警电路报警时控制恒功率输出电源停止输出。另外，当比较电路的输出高电平在单片机可接受的范围内时，也可以采用单片机直接采样连接比较电路的输出端(单片机不采样连接报警电路)，在比较电路输出高电平时控制恒功率输出电源停止输出。当然，在报警电路报警的情况下，也可以人工控制恒功率输出电源停止输出，此时单片机无需采样连接报警电路或者比较电路。
上述恒功率输出电源的过压保护电路的工作原理为：单片机U3通过第1管脚检测恒功率输出电源输出电流的变化，采用电源的设定功率除以该输出电流，得到电源输出电压的允许值，然后计算该输出电压的允许值占恒功率输出电源最大允许电压的百分比，并通过第15管脚输出占空比可调的方波也就是电源过压保护阈值。其中，这里的恒功率输出电源最大允许电压是指恒功率输出电源在其输出电压范围内的最高电压；方波的占空比等于在当前的输出电流条件下，控制器根据输出功率计算得出的恒功率输出电源输出电压的允许值和恒功率输出电源在其输出电压范围内最高电压的比值。此方波信号经过有源滤波电路后成为一稳定的直流电压，并输送到比较器U1B的反相输入端。恒功率输出电源的输出电压信号V0经过电阻分压支路分压后，送至运算放大器U2B的正相输入端，然后经过电压跟随后送至比较器U1B的同相输入端，此信号与比较器U2A的反相输入端的稳定电压信号相比较。其中，通过设计由电阻R7、R8、R9、R10和R15构成的电阻分压支路，可以保证比较器U1B的同相输入端电压和反相输入端电压的幅值为同一电压等级。当放大后的输出电压信号V0超过上述的稳定直流电压时，比较器U1B输出一高电平驱动发光二极管D1发出可见告警信号，然后此信号经过三极管Q3进行电平转后，转变为单片机U3可识别的告警信号。单片机U3即可根据此信号发出保护信号并执行关机命令，对恒功率输出电源进行保护。
上述的恒功率输出电源的过压保护电路可以在电源输出电流变化的同时，能够自动调整电源过压保护阈值，也就是在不同的输出电流条件下，根据输出功率计算出来的所允许的输出电压也是不一样的，即此时的过压保护的基准点不一样，从而对电源进行及时地保护，避免了电源因为瞬时功率过大而损坏。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种恒功率输出电源的过压保护电路，其特征在于，包括控制器电路、比较电路以及报警电路；所述控制器电路设置有用于接收恒功率输出电源的输出电流的第一输入端，用于根据恒功率输出电源的输出电流确定对应的电源过压保护阈值；所述比较电路的第一输入端用于接收恒功率输出电源的输出电压，所述比较电路的第二输入端用于连接所述控制器电路的输出端以接收电源过压保护阈值，所述比较电路的输出端控制连接所述报警电路用于在恒功率输出电源的输出电压大于电源过压保护阈值时进行报警。
2.根据权利要求1所述的恒功率输出电源的过压保护电路，其特征在于，所述控制器电路的输出端输出的电源过压保护阈值为方波信号，所述控制器电路的输出端和比较电路的第二输入端之间还设置有第一滤波电路，用于对方波信号进行滤波以转换成稳定的直流电压信号。
3.根据权利要求1或2所述的恒功率输出电源的过压保护电路，其特征在于，所述控制器电路的第二输入端采样连接所述报警电路，用于在报警电路报警时控制恒功率输出电源停止输出。
4.根据权利要求1或2所述的恒功率输出电源的过压保护电路，其特征在于，所述控制器电路的第二输入端采样连接所述比较电路的输出端，用于在恒功率输出电源的输出电压大于电源过压保护阈值时控制恒功率输出电源停止输出。
5.根据权利要求3所述的恒功率输出电源的过压保护电路，其特征在于，所述控制器电路的第二输入端通过电平转换电路采样连接所述报警电路，所述电平转换电路包括三极管，所述三极管的基极电路连接所述报警电路，所述控制器电路的第二输入端采样连接所述三极管的集电极电路。
6.根据权利要求4所述的恒功率输出电源的过压保护电路，其特征在于，所述控制器电路的第二输入端通过电平转换电路采样连接所述比较电路的输出端，所述电平转换电路包括三极管，所述三极管的基极电路连接所述比较电路的输出端，所述控制器电路的第二输入端采样连接所述三极管的集电极电路。
7.根据权利要求1或2所述的恒功率输出电源的过压保护电路，其特征在于，还包括电压跟随电路，所述比较电路的第一输入端通过所述电压跟随电路用于接收恒功率输出电源的输出电压。
8.根据权利要求1或2所述的恒功率输出电源的过压保护电路，其特征在于，所述控制器电路包括单片机和第二滤波电路，所述单片机的一个输入端子通过所述第二滤波电路用于接收恒功率输出电源的输出电流，所述单片机的一个输出端子用于连接所述比较电路的第二输入端。
9.根据权利要求2所述的恒功率输出电源的过压保护电路，其特征在于，所述第一滤波电路为有源滤波电路，所述有源滤波电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容和第一电压跟随器，所述第二电阻和第三电阻串联连接在所述控制器电路和第一电压跟随器之间，所述第一电阻、第一电容以及第二电容的一端均接地、另一端分别连接控制器电路、第二电阻和第三电阻之间以及第一电压跟随器的输入端，所述第一电压跟随器的输出端连接所述比较电路的第二输入端。
10.根据权利要求7所述的恒功率输出电源的过压保护电路，其特征在于，所述报警电路中串设有发光二极管；所述电压跟随电路包括电阻分压支路和第二电压跟随器，所述电阻分压支路的输入端用于接收恒功率输出电源的输出电压、其分压输出端连接所述第二电压跟随器的输入端，所述第二电压跟随器的输出端连接所述比较电路的第一输入端。
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